Кислород (Элемент VIA-группы)
Самый распространенный элемент на Земле, дыхание планеты и мощнейший окислитель (после Фтора)
Самое важное для ЕГЭ
Кислород — это сильнейший окислитель. Он вступает в реакцию почти со всей Периодической таблицей, заставляя вещества гореть. Единственное, что кислород окислить НЕ МОЖЕТ — это фтор, так как фтор еще "злее". Важно знать особенности горения щелочных металлов, аммиака (с катализатором и без) и сложных сульфидов.
1. Строение атома и аллотропные модификации
Кислород — первый представитель халькогенов (VIA группа, 2 период). Электронная конфигурация: 1s22s22p4. На внешнем слое 6 электронов, до заветного октета не хватает ровно двух.
Типичные степени окисления:
- -2 — в подавляющем большинстве оксидов (H2O, CO2)
- -1 — в пероксидах (Na2O2, H2O2)
- 0 — в простых веществах (O2, O3)
- +1, +2 — ТОЛЬКО ВО ФТОРИДАХ (O2F2, OF2)
Аллотропия (Химические воплощения)
У кислорода есть две аллотропные модификации, которые кардинально отличаются друг от друга:
| Аллотропная модификация | Свойства и особенности |
|---|---|
| Кислород (O2) Жизнь |
Газ без цвета, вкуса и запаха. Чуть тяжелее воздуха, плохо растворим в воде (но рыбам хватает!). В жидком состоянии имеет красивый светло-голубой цвет. Массовая доля в земной коре — около 47% (он входит в состав почти всех минералов: песка, глины, гранита). В воздухе его ~21% по объему. |
| Озон (O3) Защита |
Газ голубого цвета со специфическим "запахом свежести" (как после грозы). Озон — гораздо более агрессивный окислитель, чем кислород (легко окисляет серебро). В высоких слоях атмосферы он образует "озоновый слой", защищающий нас от ультрафиолета. Ядовит в высоких концентрациях. |
2. Получение кислорода
| Метод получения | Суть метода и уравнения реакций |
|---|---|
| В промышленности Из воздуха |
В промышленности нет смысла проводить сложные химические реакции. Воздух — это готовый коктейль газов.
Воздух сжижают (превращают в жидкость при сверхнизких температурах), а затем проводят фракционную перегонку жидкого воздуха (так как у кислорода и азота разные температуры кипения).
|
| В лаборатории Разложение сложных веществ |
Лабораторные способы основаны на термическом или каталитическом разложении богатых кислородом веществ. Эти реакции — хит первых заданий и задания №29:
1. Разложение Перманганата калия (марганцовки):
2KMnO4 t°→ K2MnO4 + MnO2 + O2↑2. Разложение Бертолетовой соли:
2KClO3 MnO₂, t°→ 2KCl + 3O2↑3. Каталитическое разложение перекиси водорода (аптечный метод):
2H2O2 MnO₂→ 2H2O + O2↑4. Разложение оксидов тяжелых металлов и нитратов:
2HgO t°→ 2Hg + O2↑2KNO3 t°→ 2KNO2 + O2↑  |
3. Химические свойства
Кислород проявляет свойства окислителя с подавляющим большинством элементов, заставляя их гореть с выделением энергии.
| Реагенты | Особенности и уравнения реакций |
|---|---|
| С неметаллами (Исключения) Фтор, Галогены |
С хлором, бромом и йодом реакций напрямую НЕТ. А фтор — единственный элемент, которому кислород проигрывает! Фтор окисляет кислород, образуя фторид кислорода:
O2 + 2F2 → 2OF2 (кислород проявляет с.о. +2!)
 |
| С остальными неметаллами С, S, Si, N, P |
С азотом реакция идет крайне тяжело, а углерод, сера и фосфор горят отлично:
C + O2(изб) → CO22C + O2(нед) → 2CO S + O2 → SO2 (Получить SO₃ без катализатора нельзя!) Si + O2 → SiO2 N2 + O2 2000°C / Молния⇄ 2NO (Эндотермическая реакция) 4P + 5O2(изб) t°→ 2P2O5 4P + 3O2(нед) t°→ 2P2O3  |
| С металлами Окись и Пероксиды |
Кислород окисляет все металлы, кроме золота (Au) и платины (Pt). Особое внимание горячим щелочным металлам!
ПРАВИЛО ГОРЕНИЯ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ
Только Литий и Щёлочноземельные металлы (Ca, Ba, Sr) горят до нормальных оксидов.
4Li + O2 → 2Li2O (Оксид)
2Na + O2 → Na2O2 (Пероксид!) K + O2 → KO2 (Надпероксид!) Горение переходных металлов:
2Zn + O2 → 2ZnO3Fe + 2O2 t°→ Fe3O4 (Железная окалина: FeO · Fe₂O₃)  |
| Сложные вещества: Сульфиды Обжиг Пиритов |
Сульфиды отлично горят. Образуются два оксида: оксид металла и сернистый газ (SO₂):
4FeS + 7O2 t°→ 2Fe2O3 + 4SO2↑CS2 + 3O2 t°→ CO2 + 2SO2↑  |
| Сложные вещества: Летучие водородные (NH₃, H₂S) Влияние катализатора |
Сероводород горит по-разному в зависимости от избытка кислорода:
2H2S + 3O2(изб) → 2H2O + 2SO22H2S + O2(нед) → 2H2O + 2S↓ (Осадок серы) Аммиак также требует особого внимания:
Без катализатора (Горение): окисление до нейтрального азота N₂.
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2OС платиновым (Pt) катализатором: окисление до оксида азота NO.
4NH3 + 5O2 Pt, t°→ 4NO + 6H2O
 |
| Дожигание промежуточных оксидов и органики |
Кислород с радостью доокисляет вещества, в которых элемент находится не в высшей степени окисления, а любая органика горит до CO₂ и H₂O:
2NO + O2 → 2NO2 ("бурый газ")2CO + O2 → 2CO2 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 (Серо-зеленый осадок буреет!) CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O  |
5. Видео эксперименты
Рекомендуем посмотреть опыты с кислородом на канале Thoisoi: